理应已知的赫伍德范例 ' q- v Y% b( f0 }2 y 5 Q0 ^4 j7 g9 i+ m) V弗雷德·霍罗伊德和罗伯特·格兰丁·米勒8 D( Y- {2 G1 i4 E2 m
. R' m/ H/ E$ o8 k. ? A, y: a, H( J# n7 b0 o6 f
(1990年10月23日收到) " @! S4 Z. w# I# T+ E1 L; w" d ' l; Q, l+ N0 C8 b0 w 3 c7 u6 a3 ^ P2 K" U在任一平面图G中,用四色正确地对每一顶点x染色,使得G中任意相邻点V、W不同色.然后用Gw(V)[x(v),x(w)]表示肯普构形的容量__容纳G中极大连接[x(v),x(w)]的色链。 . b0 l4 u* G: V * f( e% O5 d6 q K' R6 }$ V 假定这时画好的G中,含有显示四色的5度不定平面x和另外所有3度平面,并对不定面顶点顺时针附加标记1—5,那么上述标记1和3具有相同色。) b( V/ P2 }: b* M2 W9 C( `6 e" l8 y
; ^/ W* W. ]9 Y. I+ i1 H 肯普试图证明四色定理,论述如下:如果G4(2)≠G2(4)(或G5(3)≠G3(5)),那么交换G4(2)(或G5(3)),使得染色数减少为3,结论成立。如果G4(1)≠G1(4),G5(3)≠G3(5),那么同时交换G1(4)和G5(3),使得染色数再次减少到3。赫伍德对这一本质结论作出反驳。他在显示图中实行颠倒染色G4(1),产生G3(5)= G5(3),或者实行颠倒染色G5(3),产生G4(1); G7 J) [- p& E3 K, R. O6 C' p0 p
8 S | X5 B- o= G1(4)。(看图1,在肯普构形中G4(1)和G5(3)画粗线)。拥有这种染色特征的图称为赫伍德图形,这种染色叫作赫伍德染色。并分别按顺时针方向对G4(1),逆时针方向对G5(3)作赫伍德染色叫作顺时针.逆时针赫伍德颠倒。当对图1作逆时针赫伍德颠倒时,结果使图2中顶点逆时针倒转,表明不定面顶点的新染色数周期变化。这里G4(1)被表为黑体,G5(3)用阴影线表示。这个反例足以反驳肯普结论。但应注意,图2染色已不再是赫伍德染色。了解这一点,进而实行逆时针赫伍德颠倒,从而得到图3的染色。如果继而对黑体表示的Y—R构件实行肯普颠倒,事实上是沿不定面的染色系统去掉Y,只要开始时用顺时针赫伍德颠倒图1所示图,可得到同样结果。 # |- R" v/ o0 @: k- N9 S 7 {& i, D5 O8 A 赫伍德反例因而处于开放的可能性。通过一个或一系列赫伍德颠倒,每个赫伍德染色可能转化到非赫伍德染色。于是提供了一个试图证明四色定理的想法,但是对图4所示图的染色排除了这种可能性。它比赫伍德例子序列更小,且具有十折对称性,构件G4(1)和G5(3)用黑体画出。应用赫伍德颠倒会使染色结果不变。为了验证这一点,只须运用逆时针赫伍德颠倒所遵循的程序,并经由这个赫伍德染色程序返回到原型染色。 k+ F! B, ~( h
0 t2 Z6 f" w8 x: }我们对图4所示图运用四种连续的逆时针赫伍德颠倒,第一到最后的颠倒结果描述在独立的图5、6中,再次用黑体画出G4(1)和G5(3)。显而易见,这些染色的每一种情形确实都是赫伍德染色。同时能检验,从最后到第一的染色,通过图的对称旋转,结果随出。 0 T# D3 y' K+ {1 B" [% S0 e2 C( N# T$ i% C/ e9 P' C
(有兴趣研读此文英文以及图示请搜索我的博客zhangyd2007@sohu.com)6 b: a7 M) X d+ z7 p. ~